Διερεύνηση στρατηγικών ενεργειακής διαχείρισης του υβριδικού ενεργειακού έργου "Ναέρας" στο νησί της Ικαρίας

Χριστοπούλου, Ελένη

Investigation of energy management strategies for the hybrid power station of "Naeras" in Ikaria island

Διπλωματική εργασία

Author

Χριστοπούλου, Ελένη

Date

2024-03-21

Advisor

Zafirakis, Dimitrios

Christopoulou_51204509.pdf (4.719Mb)

Keywords

Υβριδικοί σταθμοί ; Μη διασυνδεδεμένα νησιά ; Αποθήκευση ενέργειας ; Ικαρία ; Σάμος

Abstract

Στη σημερινή εποχή, η ανάγκη για ενέργεια είναι διαρκώς αυξανόμενη σε εγχώριο και παγκόσμιο επίπεδο, ενώ τα ορυκτά καύσιμα του πλανήτη εξαντλούνται και παράλληλα αυξάνονται οι εκπομπές των αέριων ρύπων, εντείνοντας το φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής. Επομένως, η υψηλότερη διείσδυση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη βιώσιμη ανάπτυξη και την προστασία του περιβάλλοντος. Βασικός παράγοντας για την επίτευξη της μεγαλύτερης διείσδυσης των ΑΠΕ είναι η αποθήκευση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας αυτών, προσδίδοντας έτσι, μεγαλύτερη ευελιξία και ασφάλεια στο εκάστοτε ηλεκτρικό σύστημα. Ταυτόχρονα, τα περισσότερα νησιά της χώρας μας λειτουργούν ως αυτόνομα ηλεκτρικά συστήματα, καθώς είναι μη διασυνδεδεμένα με το ηπειρωτικό ηλεκτρικό δίκτυο. Τα συστήματα αυτά χαρακτηρίζονται ανελαστικά ως προς την διαχείριση παραγωγής – ζήτησης, το οποίο οφείλεται στην χρήση κυρίως θερμικών μονάδων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, και σε μικρότερο ποσοστό ΑΠΕ. Αξιοποιώντας, όμως περισσότερο τις ΑΠΕ στα μη διασυνδεδεμένα νησιά και συνδυάζοντας τις διάφορες τεχνολογίες ΑΠΕ και αποθήκευσης, εξασφαλίζεται σταθερότητα και ασφάλεια στο ηλεκτρικό δίκτυο. Χαρακτηριστικό παράδειγμα των παραπάνω αποτελεί ο Ναέρας, το πρώτο υβριδικό ενεργειακό έργο Αιολικού πάρκου - αντλησιοταμίευσης της Ελλάδας, στην Ικαρία, το οποίο αξιοποιώντας δύο τεχνολογίες ΑΠΕ, την αιολική και την υδραυλική, παράγει ηλεκτρική ενέργεια, μειώνοντας ταυτόχρονα την χρήση του Τοπικού Σταθμού Παραγωγής του νησιού. Με την λειτουργία του Ναέρα, τα οφέλη είναι πολλαπλά για την τοπική κοινωνία της Ικαρίας, την τοπική οικονομία, το τοπικό περιβάλλον και την τουριστική βιομηχανία του νησιού. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά τις στρατηγικές ενεργειακής διαχείρισης του υβριδικού σταθμού Ναέρα στο νησί της Ικαρίας ως προς την διασύνδεσή της με το νησί της Σάμου, μέσα από την εφαρμογή τριών βασικών σεναρίων. Τα τρία σενάρια εξετάζουν μεμονωμένα το ηλεκτρικό σύστημα της Ικαρίας, τη διασύνδεση Ικαρίας και Σάμου υπό το πλαίσιο εξαγωγής περίσσειας αιολικής ενέργειας μεταξύ των δύο νησιών και αξιοποίησης του Ναέρα για ικανοποίηση ενεργειακών αναγκών αποκλειστικά της Ικαρίας, καθώς και την επέκταση του δεύτερου σεναρίου με αξιοποίηση του Ναέρα για κάλυψη αναγκών και της Σάμου, επιπρόσθετα της Ικαρίας. Με βάση τα ανωτέρω, σκοπός της παρούσας εργασίας δεν αποτελεί η ανάδειξη ενός εκ των τριών σεναρίων ως το επικρατέστερο, αλλά η εκτέλεση μιας εκτενούς παραμετρικής ανάλυσης και η διερεύνηση του αντίκτυπου των βασικών παραμέτρων του προβλήματος για το σύνολο των τριών σεναρίων.

Abstract

Nowadays, energy needs at both the national and the global level rise continuously, while fossil fuel reserves keep on diminishing, with the relevant greenhouse gas emissions causing further aggravation of climate change. As such, larger shares of Renewable Energy Sources hold a key role in supporting sustainable development and protection of the environment. The main factor for achieving larger RES shares corresponds to electrical energy storage, which ensures greater flexibility and also security for a given electricity system. At the same time, most islands of our country are operated as autonomous electricity systems, as they remain non-interconnected to the mainland electricity system. These systems feature inelastic characteristics concerning the management of power supply and demand, owing to the presence of thermal power generation and limited shares of RES. By further exploiting RES in non-interconnected islands, and by combining them with energy storage, we ensure grid stability and energy security. One such example is the system of Naeras, i.e. the first hybrid, Wind – Pumped Hydro Storage station in Greece, on the island of Ikaria, which, by combining two different forms of RES (wind power and hydropower), generates energy while reducing the use of the local thermal power station. Operation of Naeras introduces multiple benefits both for the local society of Ikaria and the local economy, the local environment and the tourist industry of the island. In this context, the present thesis investigates energy management strategies for the hybrid power station of Naeras on the island of Ikaria, putting forward three different scenarios and taking also int account the establishment of an interconnector with the island of Samos. The three scenarios examine Ikaria as a stand-alone system, the integration of Ikaria and Samos under the exchange of wind power excess between the two islands and the use of the Naeras solely for the needs of Ikaria, and finally, an extension of the second scenario that considers also the exploitation of Naeras in covering energy needs of Samos island, on top of Ikaria. According to the above, the objective of the thesis is not to designate a single scenario as the way forward, rather to conduct an extensive parametrical analysis and investigate the impact of main problem parameters across the different scenarios.